(57)【要約】【課題】  基板温度及び基板の温度分布の精度よい測定を、より単純な構成の温度測定装置によって実現すると共に、この温度測定装置を用いることで良質な半導体デバイスを提供する。【解決手段】  光源２１から半導体基板２に光を照射し、その散乱光を光検出器２２によって検出する。検出された散乱光についてスペクトル分析器２４でスペクトル分析を行い、分析結果から得られる半導体基板２のバンドギャップの大きさに基づくことにより、温度演算部２５ａで半導体基板２の温度を演算する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の温度を測定する温度測定装置において、
上記半導体基板に対して光を照射する光照射手段と、
上記半導体基板に照射された後の光を検出する光検出手段と、
上記光検出手段により検出された光のスペクトルを分析するスペクトル分析手段と、
上記スペクトル分析手段による分析結果、及び上記半導体基板におけるバンドギャップに起因する吸収波長の温度特性に基づくことにより、上記半導体基板における光の照射位置の温度を算出する温度算出手段と、
上記半導体基板に対して照射される光を移動させることにより上記照射位置を移動させる光移動手段とを備え、
上記照射位置において散乱された光を上記光検出手段によって検出することにより上記照射位置の温度を測定することを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
上記光移動手段は、上記半導体基板に向かう光の照射角度を変更することにより、上記照射位置を移動させることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
上記光照射手段と上記光検出手段との位置関係は、上記半導体基板に対して鏡面反射の関係から外れた関係になるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項４】
上記照射位置に基づくことにより、上記半導体基板における温度の測定位置を特定する測定位置特定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項５】
上記半導体基板を上記照射位置に対して移動させる基板移動手段と、
上記照射位置と、上記基板移動手段により決定される上記半導体基板の位置とに基づくことにより、上記半導体基板における温度の測定位置を特定する測定位置特定手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項６】
半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造装置であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度測定装置によって、上記基板の温度を測定することを特徴とする半導体デバイス製造装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度測定装置と、
上記半導体基板の温度を調節する温度調節手段とを備え、
上記半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造装置であって、
上記温度測定装置によって得られた上記半導体基板の温度の情報に基づいて上記温度調節手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする半導体デバイス製造装置。
【請求項８】
半導体基板の温度を測定する温度測定方法において、
上記半導体基板に対して光を照射する光照射ステップと、
上記半導体基板に照射された後の光を検出する光検出ステップと、
上記光検出ステップにより検出された光のスペクトルを分析するスペクトル分析ステップと、
上記スペクトル分析ステップによる分析結果、及び上記半導体基板におけるバンドギャップに起因する吸収波長の温度特性に基づくことにより、上記半導体基板における光の照射位置の温度を算出する温度算出ステップと、
上記半導体基板に対して照射される光を移動させることにより上記照射位置を移動させる光移動ステップとを含み、
上記照射位置において散乱された光を上記光検出ステップによって検出することにより上記照射位置の温度を測定することを特徴とする温度測定方法。
【請求項９】
半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法であって、
請求項８に記載の温度測定方法によって上記半導体基板の温度を測定する温度測定工程と、
上記温度に基づいて上記半導体基板の温度を調節する温度調節工程と、
上記温度調節工程によって温度を調節された上記半導体基板に薄膜を形成する薄膜形成工程とを含むことを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の温度測定装置に関するものであり、特に、半導体デバイス製造装置に好適に用いられる温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体レーザーに代表される化合物半導体デバイスの製造における半導体薄膜（薄膜）の形成方法として、エピタキシャル成長法（エピタキシー）が広く用いられている。エピタキシャル成長法は、半導体基板上に、薄膜材料を結晶化させることにより薄膜を成長させる方法である。その中でも、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、及び、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法は、極めて薄い結晶膜及び複雑な多層構造膜を形成することができるため、将来有望な技術として注目されている。
【０００３】
これらエピタキシャル成長法において、基板の表面温度は、薄膜材料原子の吸着及び結晶化に大きな影響を与える。つまり、基板温度は、薄膜のエピタキシャル成長における重要な条件因子である。従って、正確にかつ再現性よく基板温度を測定及び制御することが、薄膜成長技術には不可欠な技術である。
【０００４】
基板の温度を正確に測定するために、これまでに、いくつかの方法が提案されている。主な基板温度測定法として、熱電対を用いる方法（熱電対法）、赤外線を用いる方法（赤外線法）、及び基板に光を照射して、その鏡面反射光を利用する方法等がある。
【０００５】
以下に、これら従来の基板温度測定法について説明する。
【０００６】
まず、熱電対法及び赤外線法について、図７に基づいて説明する。図７は、従来の熱電対法及び赤外線法を用いた分子線エピタキシャル成長装置（ＭＢＥ装置）１００の概略図である。
【０００７】
図７に示すように、ＭＢＥ装置１００は、マニピュレータ７２に保持された基板（半導体基板）７１上に薄膜を成長させるものである。また、マニピュレータ７２には、基板７１の温度を調節するヒータ７３が設置されている。さらに、ヒータ７３と基板７１との間の空間には、熱電対７４が設置されている。この熱電対７４で測定された温度は、温度調節器７５に伝えられる。温度調節器７５は、この測定された温度が予め設定された温度になるように、ヒータ電源７６からヒータ７３に供給される電流量を調節する。しかし、この熱電対法は、実際の基板表面の温度を測定するものではないので、誤差が大きいという問題がある。
【０００８】
そこで、実際の基板表面の温度を把握するために、ＭＢＥ装置１００では、別の測定器を用いて確認する必要がある。そのために一般によく用いられる温度測定器は、放射温度計５７である。ＭＢＥ装置１０１は、真空チャンバー７８におけるマニピュレータ７２の直下（法線方向）の位置にビューポート７９を備え、ビューポート７９の外側に放射温度計７７を備えている。放射温度計７７は、基板７１からの赤外線放射量を真空チャンバー７８外においてビューポート７９を介して測定する。このようにして測定された赤外線放射量を温度に換算することにより、基板７１の温度を測定する。
【０００９】
一方、鏡面反射光を利用する方法として、特許文献１には、バンドギャップの温度依存性による温度測定方法が記載されている。すなわち、基板（半導体基板）表面に白色光又は変調光を照射し、その反射光（鏡面反射光）を測定して反射スペクトル・データを求め、この反射スペクトル・データと、基板材料のバンドギャップの温度依存性の既知のデータとを照合して、基板表面の温度を測定することが記載されている。
【００１０】
また、鏡面反射光を利用する他の方法として、特許文献２では、シリコン基板（半導体基板）に平行偏光された光（レーザー光）を照射し、シリコン基板の表面のダングリングボンドに起因する吸収波長を利用して基板温度を測定することが記載されている。
【００１１】
また、薄膜形成においては、温度の調節と同じく、温度分布の調節も重要である。
【００１２】
基板（半導体基板）に薄膜を結晶成長させて半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造装置では、１回の結晶成長でできるだけ多数の素子（デバイス）を作製するため、基板を大口径化する、あるいは多数枚の基板に同時に薄膜を形成する成長させる場合がある。
【００１３】
この場合、基板の基板内、及び各基板間で温度の差が大きくなると、結晶品質のバラツキが発生し、素子特性のバラツキが歩留の低下につながることがある。そのため、基板の温度分布を良くするため、つまり１つの基板内、及び複数の基板間で生じる温度の差を小さくするために、基板をマニピュレータにより回転させることにより、あるいは複数個のヒータを設置して該ヒータ出力を個々に制御することにより、基板温度の均一化を図られることは、一般的に行われている。
【００１４】
また、上述したように温度分布を調節するためには、基板の温度分布を正確に測定することが、重要な技術となる。
【００１５】
そこで、特許文献２には、照射部（光照射手段）からのレーザー光を回転ミラーによってシリコン基板の任意の位置に照射すると共に、反射光（鏡面反射光）を複数の回転ミラーによって受光部（光検出手段）に入光させることで、基板表面における温度分布を測定することが記載されている。
【特許文献１】特許第２５５４７３５号公報（１９９６年８月２２日登録）
【特許文献２】特開平６‐２８３５８９（１９９４年１０月７日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述の赤外線法では、基板からの赤外線の量（強度）を温度に換算している。そのため、ビューポートの観測窓が成膜時に曇る、又は、チャンバー内の余剰材料の堆積物若しくはフレークが飛来し一部視界が遮られる、といったことが原因で、検出される赤外線の強度が低下し、誤測定してしまうことがあった。
【００１７】
また、ＭＢＥ装置にこの方法を適用した場合、成長室内には薄膜材料を供給する分子線セルが複数個装着されているので、この分子線セルからの輻射が外乱光となり、それらが反射等により放射温度計まで到達すると、本来測定すべき基板からの放射量に加算されるため、誤測定してしまうという問題もあった。
【００１８】
特許文献２に記載の方法の場合、鏡面反射光を利用しているため、温度を正確に測定するには、受光部が反射光の光路上に正確に位置していなければならない。この場合、光照射部、光検出器、及び回転ミラーの位置を高精度に制御しなければならないという問題があった。
【００１９】
さらに、鏡面反射光を用いて基板表面の温度分布を測定する場合、上述したように光照射部と光検出器との位置関係を制御するために、光照射部及び光検出器を、同調させて動かす必要があった。例えば特許文献２のようにミラーを用いる方法では、照射光側の回転ミラーと反射光側の回転ミラーとを高精度に同時制御しなければならない。従って、制御系が非常に複雑になり、何らかのトラブルでこれら回転ミラー同調させることができなくなった場合、温度分布測定機構が不能になってしまうことがあった。
【００２０】
また、赤外線法と同様、ビューポートの観測窓が成膜時に曇る、又は、チャンバー内の余剰材料の堆積物若しくはフレークが飛来し一部視界が遮られる、といったことが原因で、検出される反射光（鏡面反射光）の強度が低下し、誤測定してしまうことがあった。
【００２１】
上述した特許文献１に記載の方法のように、バンドギャップを利用した方法の場合、光の量ではなく、光をスペクトル分析した結果を温度に換算しているため、観測窓の曇り等による光量の変化に影響されない。また、この方法では基板材料の波長の吸収端を検出するため、外乱光の影響を受けることもない。
【００２２】
しかしながら、特許文献１に記載の構成は、基板上の１点を測定する構成であるため、例えば大口径の基板、あるいは基板ホルダ上に複数枚の基板を搭載した場合には、その大口径基板上の温度分布、あるいは複数枚の各基板の温度分布を測定できないという課題があった。
【００２３】
仮に、特許文献１に記載の結晶成長装置で基板の温度分布を測定しようとした場合、所望とする測定位置における測定を行うために、温度測定装置に対して基板を動かす、あるいは基板に対して温度測定装置を動かすことが考えられる。
【００２４】
しかしながら、特許文献１に記載の温度測定装置の構成では、基板の温度情報を含んだ反射光（鏡面反射光）を利用して測定を行うために、光検出器（光検出手段）が反射光を正確に受光する必要がある。そのため、光源（光照射手段）、光検出器、及び集光レンズ等の光学系は、厳密に位置を設定されていなければならない。従って、上記のように温度測定装置に対して基板を動かす、あるいは基板に対して温度測定装置を動かそうとすると、光源を始めとするこれらの部材をすべて動かす必要がある。その結果、結晶成長のために用いられる基板表面上の空間を温度測定装置が横切ることになり、装置構成が複雑になるとともに、結晶成長を行いながらの温度測定が困難になる。
【００２５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みたものであり、その目的は、基板温度及び基板の温度分布の精度よい測定を、より単純な構成の温度測定装置によって実現すると共に、この温度測定装置を用いることで良質な半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る温度測定装置は、上記課題を解決するために、半導体基板の温度を測定する温度測定装置において、上記半導体基板に対して光を照射する光照射手段と、上記半導体基板に照射された後の光を検出する光検出手段と、上記光検出手段により検出された光のスペクトルを分析するスペクトル分析手段と、上記スペクトル分析手段による分析結果、及び上記半導体基板におけるバンドギャップに起因する吸収波長の温度特性に基づくことにより、上記半導体基板における光の照射位置の温度を算出する温度算出手段と、上記半導体基板に対して照射される光を移動させることにより上記照射位置を移動させる光移動手段とを備え、上記照射位置において散乱された光を上記光検出手段によって検出することにより上記照射位置の温度を測定することを特徴とする。
【００２７】
上記構成によると、上記光照射手段によって半導体基板に照射された光（照射光）のうち、一部は半導体基板の表面、つまり上記半導体基板の上記光照射手段側を向いた面で鏡面反射されて、光の照射位置における半導体基板の法線と照射光の光路とを含む平面に含まれ、かつ、上記法線に関して照射光の進行方向と線対称な関係にある方向に進行する。
【００２８】
また照射光の他の一部は、上記半導体基板内に進行し、上記半導体基板の内部で散乱された後、様々な方向に進行する。
【００２９】
上記温度測定装置では、この散乱された光（散乱光）を光検出手段によって検出し、さらにそのスペクトルをスペクトル分析手段によって分析することにより、上記半導体基板の半導体材料のバンドギャップに相当する吸収端（吸収波長）を測定することができる。半導体材料のバンドギャップの大きさは、上記半導体材料の温度に依存するので、半導体基板の温度によって、吸収波長が変化する。従って、この吸収波長と温度との相関をあらかじめ確認しておくことで、得られた吸収波長値から半導体基板の温度を上記算出手段によって算出することができる。
【００３０】
このように、本発明に係る温度検出手段は、従来の反射光を用いた温度測定装置とは異なり、上記光照射手段と上記光検出手段との位置関係を、鏡面反射の関係に設定する必要はないので、上記光照射手段と上記光検出手段との配置の自由度が増すとともに、上記光照射手段と上記光検出手段との高精度な位置合わせも必要としない。なお、「鏡面反射の関係」とは、上記光検出手段が、上記光照射手段から半導体基板へ照射した光の鏡面反射光の光路上にある位置関係のことを意味する。
【００３１】
さらに、上記温度測定装置は、上記光移動手段を備えるので、上記半導体基板上の１点の温度のみでなく、半導体基板おける任意の位置の温度を測定することができる。
【００３２】
また、上述したように散乱された光を利用することから、上記光移動手段によって半導体基板における光の照射位置が変化しても、その変化に追従するように光検出手段を動かす必要はない。従って、光検出手段側には光検出手段を移動させる移動手段等の部材を設ける必要はなく、また、これら移動手段の動作と光移動手段の動作とを高精度に同調させる必要もない。
【００３３】
その結果、温度測定装置の構造を簡素化しつつ、半導体基板における任意の位置の温度を測定することができるようになる。
【００３４】
また、上記光移動手段は、上記半導体基板に向かう光の照射角度を変更することにより、上記照射位置を移動させることが好ましい。
【００３５】
上記構成によると、上記光照射手段を設置された位置から移動させることなく、上記光の照射位置を変更することができる。従って、上記光照射手段を移動させるための空間を上記温度測定装置内に設ける必要がなく、上記温度測定装置を小型化及び簡素化できる。
【００３６】
また、上記光照射手段と上記光検出手段との位置関係は、上記半導体基板に対して鏡面反射の関係から外れた関係になるように設定されていることが好ましい。
【００３７】
上記構成によると、上記光照射手段照射され、上記半導体基板表面で鏡面反射された光は、上記光検出手段に入りにくくなる。上記鏡面反射光には、上記半導体基板の温度情報を含まない光も含まれているので、上記構成によると、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、温度の測定精度を向上させることができる。
【００３８】
また、上記温度測定装置は、上記照射位置に基づくことにより、上記半導体基板における温度の測定位置を特定する測定位置特定手段をさらに備えることが好ましい。
【００３９】
上記構成によると、上記温度測定装置は上記測定位置特定手段をさらに備えるので、上記照射位置及び上記半導体基板の温度から、上記半導体基板の温度分布を知ることができる。
【００４０】
また、上記温度測定装置は、上記半導体基板を上記照射位置に対して移動させる基板移動手段と、上記照射位置、及び上記基板移動手段により決定される上記半導体基板の位置に基づくことにより、上記半導体基板における温度の測定位置を特定する測定位置特定手段とを備えることが好ましい。
【００４１】
上記構成によると、上記光の照射位置の変更と上記半導体基板の移動とを組み合わせているので、上記光移動手段及び上記基板移動手段に複雑な動作を要求することなく、上記半導体基板の温度を広範囲に渡って測定することができる。
【００４２】
また、本発明に係る半導体デバイス製造装置は、半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造装置であって、上記温度測定装置によって、上記基板の温度を測定することを特徴とする。
【００４３】
上記構成によると、上記半導体デバイス製造装置では、上記温度測定装置によって、上記半導体基板の温度分布を正確に測定することができる。
【００４４】
また、本発明に係る半導体デバイス製造装置は、上記温度測定装置と、上記半導体基板の温度を調節する温度調節手段とを備え、上記半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造装置であって、上記温度測定装置によって得られた上記半導体基板の温度の情報に基づいて上記温度調節手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００４５】
上記構成によると、上記半導体デバイス製造装置は、上記温度測定装置によって得られた温度の情報に基づいて上記半導体基板の温度を調節することができる。従って、上記半導体基板を薄膜形成に好適な温度に、しかも均一な温度分布になるように、調節することができる。これによって、半導体デバイス製造における歩留を向上させると共に、良質なデバイスを製造することができる。例えば、上記半導体デバイスが半導体レーザー等の光学素子である場合、各素子の発光波長のバラツキが小さくなるという効果を奏する。
【００４６】
また、上記温度測定装置の光照射手段及び光検出手段の配置は、既に述べたように、従来よりも自由に設定できる。従って、これらの配置を薄膜形成の障害にならないように設定することができる。例えば、上記半導体デバイス製造装置がＭＢＥ装置である場合、薄膜形成中に発生させる分子線を妨げないような位置に、これらの位置を設定することができる。これによって、半導体基板に薄膜を形成中に、上記半導体基板の温度を測定することが可能となる。
【００４７】
本発明に係る温度測定方法は、半導体基板の温度を測定する温度測定方法において、上記半導体基板に対して光を照射する光照射ステップと、上記半導体基板に照射された後の光を検出する光検出ステップと、上記光検出ステップにより検出された光のスペクトルを分析するスペクトル分析ステップと、上記スペクトル分析ステップによる分析結果、及び上記半導体基板におけるバンドギャップに起因する吸収波長の温度特性に基づくことにより、上記半導体基板における光の照射位置の温度を算出する温度算出ステップと、上記半導体基板に対して照射される光を移動させることにより上記照射位置を移動させる光移動ステップとを含み、上記照射位置において散乱された光を上記光検出ステップによって検出することにより上記照射位置の温度を測定することを特徴とする。
【００４８】
上記構成によると、上記光の照射位置を変化させることによって、上記半導体基板の一点における温度でなく、上記半導体基板における温度分布を測定することができる。
【００４９】
また、本発明に係る半導体デバイス製造装置は、半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法であって、上記温度測定方法によって上記半導体基板の温度を測定する温度測定工程と、上記温度に基づいて上記半導体基板の温度を調節する温度調節工程と、上記温度調節工程によって温度を調節された上記半導体基板に薄膜を形成する薄膜形成工程とを含むことを特徴とする。
【００５０】
上記構成によると、上記温度測定方法で得られた基板の温度に基づいて当該半導体基板の温度を調節し、薄膜を形成する。これによって、薄膜の成長に適切な温度で、上記半導体に薄膜を形成することができる。さらに、上記半導体基板内、及び基板間の温度分布を良好に調節することができる。従って、半導体デバイス製造における歩留が向上し、半導体デバイスの品質が向上するという効果を奏する。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係る温度測定装置は、半導体基板の温度を測定する温度測定装置において、上記半導体基板に対して光を照射する光照射手段と、上記半導体基板に照射された後の光を検出する光検出手段と、上記光検出手段により検出された光のスペクトルを分析するスペクトル分析手段と、上記スペクトル分析手段による分析結果、及び上記半導体基板におけるバンドギャップに起因する吸収波長の温度特性に基づくことにより、上記半導体基板における光の照射位置の温度を算出する温度算出手段と、上記半導体基板に対して照射される光を移動させることにより上記照射位置を移動させる光移動手段とを備え、上記照射位置において散乱された光を上記光検出手段によって検出することにより上記照射位置の温度を測定することを特徴とする。
【００５２】
上記構成によると、上記温度測定装置は、上記した散乱された光を利用することから上記光照射手段と上記光検出手段との位置関係を、鏡面反射の関係に設定する必要がなく、上記光照射手段と上記光検出手段との配置の自由度が増す。また、上記光照射手段と上記光検出手段との高精度な位置合わせも必要としない。
【００５３】
さらに、上記温度測定装置は、上記光移動手段を備えるので、上記半導体基板上の１点の温度のみでなく、半導体基板おける任意の位置の温度を測定することができる。
【００５４】
また、上述したように散乱された光を利用することから、上記照射位置の変化に追従するように光検出手段を動かす必要はない。その結果、温度測定装置の構造を簡素化しつつ、半導体基板における任意の位置の温度を測定することができる。
【００５５】
また、本発明に係る半導体デバイス製造装置は、上記温度測定装置と、上記半導体基板の温度を調節する温度調節手段とを備え、上記半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造装置であって、上記温度測定装置によって得られた上記半導体基板の温度の情報に基づいて上記温度調節手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００５６】
上記構成によると、上記半導体基板を薄膜形成に好適な温度に、しかも均一な温度分布になるように、調節することができる。これによって、半導体デバイス製造における歩留を向上させると共に、良質なデバイスを製造することができる。例えば、上記半導体デバイスが半導体レーザー等の光学素子である場合、各素子の発光波長のバラツキが小さくなるという効果を奏する。
【００５７】
また、本発明に係る温度測定方法は、半導体基板の温度を測定する温度測定方法において、上記半導体基板に対して光を照射する光照射ステップと、上記半導体基板に照射された後の光を検出する光検出ステップと、上記光検出ステップにより検出された光のスペクトルを分析するスペクトル分析ステップと、上記スペクトル分析ステップによる分析結果、及び上記半導体基板におけるバンドギャップに起因する吸収波長の温度特性に基づくことにより、上記半導体基板における光の照射位置の温度を算出する温度算出ステップと、上記半導体基板に対して照射される光を移動させることにより上記照射位置を移動させる光移動ステップとを含み、上記照射位置において散乱された光を上記光検出ステップによって検出することにより上記照射位置の温度を測定することを特徴とする。
【００５８】
上記構成によると、上記光の照射位置を変化させることによって、上記半導体基板の一点における温度でなく、上記半導体基板における温度分布を測定することができる。
【００５９】
また、本発明に係る半導体デバイス製造装置は、半導体基板の表面に薄膜を形成することによって半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法であって、上記温度測定方法によって上記半導体基板の温度を測定する温度測定工程と、上記温度に基づいて上記半導体基板の温度を調節する温度調節工程と、上記温度調節工程によって温度を調節された上記半導体基板に薄膜を形成する薄膜形成工程とを含むことを特徴とする。
【００６０】
上記構成によると、薄膜の成長に適切な温度で、上記半導体に薄膜を形成することができる。さらに、上記半導体基板内、及び基板間の温度分布を良好に調節することができる。従って、半導体デバイス製造における歩留が向上し、半導体デバイスの品質が向上するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明の実施の一形態について、図１〜６に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００６２】
図１に、本実施の形態に係るＭＢＥ装置１（半導体デバイス製造装置）の構成を示す。なお、ＭＢＥ装置１は、半導体基板２の表面に半導体薄膜材料の結晶をエピタキシャル成長させるものであり、図１に示す部材の他にも、エピタキシャル成長に必要な部材、つまり、分子線セル、セルシャッター、真空計等の部材を備えているものであるが、これらについては説明の便宜上図示していない。
【００６３】
図１に示すように、ＭＢＥ装置１は、チャンバー１０を備えており、チャンバー１０内には略円形のマニピュレータ１１を備えている。マニピュレータ１１の下端面には、複数の半導体基板２を保持するための基板ホルダ１２が搭載されるようになっている。本実施の形態では、基板ホルダ１２には、中心に１枚、そしてその周囲を囲むように６枚、合計７枚の半導体基板２が配置されるものとする。
【００６４】
ＭＢＥ装置１は、既に述べたように、基板ホルダ１２に保持された半導体基板２の表面に、半導体薄膜をエピタキシャル成長させて、半導体デバイスを製造する装置である。なお、本実施形態において半導体基板２の「表面」は、図１では下端面側であり、「裏面」はその逆側の面となる。また、以下では、図１及び図２に示すように、半導体基板２の「表面」側を「下側」、その逆側を「上側」と称する。
【００６５】
マニピュレータ１１の、基板ホルダを搭載する面とは逆側の面（上側の面）には、その中心に回転軸１３が設けられている。回転軸１３は、マニピュレータ１１とは逆側の端部がチャンバー１０の外に出ており、このチャンバー１０の外に出た端部は回転装置１６に接続されている。この回転装置１６（基板移動手段）によって回転軸１３が回転されることによって、マニピュレータ１１はその周方向に、回転軸１３を中心として回転するようになっている。このようにマニピュレータ１１が回転することによって、半導体基板２の温度分布の均一化を図ることができる。また、後述するように、半導体基板２の温度分布を測定するためにもこのマニピュレータ１１の回転は利用される。なお、回転軸１３におけるチャンバー１０と回転装置１６との間の部分には、フラグ１４が設けられている。フラグ１４の機能については後で詳しく述べる。
【００６６】
さらに、ＭＢＥ装置１は、半導体基板２の温度を薄膜成長に好適な温度に保つために、基板温度測定装置及び温度調節装置を備えている。
【００６７】
基板温度測定装置は、半導体基板２及び基板ホルダ１２に向けて光を出射する光源２１（光照射手段）、光源２１を動かすことによって上記照射光の半導体基板２及び基板ホルダ１２での照射位置を変化させる光源移動装置２３（光移動手段）、上記照射光が半導体基板２によって散乱されて生じた散乱光を検出する光検出器２２（光検出手段）、光検出器２２によって検出された散乱光のスペクトル分析を行うスペクトル分析器２４（スペクトル分析手段）、及びこのスペクトル分析の結果から半導体基板２の温度を算出する温度演算部２５ａ（温度算出手段）を備えている。
【００６８】
また、温度調節装置は、半導体基板２の温度を調節するためにマニピュレータ１１に搭載されているヒータ６０（温度調節手段）、ヒータに電流を供給するヒータ電源６１、及びヒータ電源６１からヒータ６０への電流量を調節する温度制御部２５ｂ（制御手段）を備えている。温度制御部２５ｂは、上記温度演算部２５ａによって算出された温度の情報に基づいて図示しない温調部を制御し、当該温調部はこの制御に基づいてヒータ電源６１の出力を調節するものである。
【００６９】
なお、上記温度演算部２５ａ及び温度制御部２５ｂは、ハードウェアによって実現してもよいし、コンピュータ２５上で所定のプログラムを実行することによってソフトウェアによって実現されてもよい。本実施の形態では、温度制御部２５ｂはハードウェアによって実現されるものとする。
【００７０】
光源２１は、半導体基板２の表面に向けて照射光を照射できる位置、つまり、基板ホルダ１２の半導体基板２を搭載した面よりも下側の位置に設けられていればよい。また、光検出器２２は、光源２１から半導体基板２に対して照射された照射光が半導体基板２によって散乱された散乱光を受光できる位置、つまり、基板ホルダ１２の半導体基板２を搭載した面よりも下側で、光源２１とは異なる位置に設けられていればよい。好ましくは、光検出器２２は、光源２１に対して鏡面反射の関係から外れるように設置される。
【００７１】
光源２１から基板２に光が照射されると、この照射光の一部は基板２の表面で鏡面反射されて鏡面反射光となる。また、照射光の他の一部は、後述するように散乱光となり、様々な方向に進行する。この散乱された光（散乱光）は、基板２の温度情報を有しているが、鏡面反射光は基板２の温度情報を有していない。
【００７２】
そこで、光検出器２２が光源２１に対して鏡面反射の関係から外れるように設置されると、鏡面反射光を受光しない位置となるので、Ｓ／Ｎ値が向上し、温度測定精度が向上する。
【００７３】
本実施の形態では、光源２１は、基板ホルダ１２の法線方向に対して傾いた方向から半導体基板２に対して照射光を照射できるようにチャンバー１０の外側に設けられている。なお、チャンバー１０の壁にはビューポート３０が設けられ、光源２１から出射された光がビューポート３０を介してチャンバー１０内に入るようになっている。
【００７４】
また、本実施の形態では、光検出器２２は、基板ホルダ１２の法線方向におけるチャンバー１０の外側に設けられている。なお、チャンバー１０の壁にはビューポート３１が設けられ、散乱光が、ビューポート３１を介してチャンバー１０外の光検出器２２に入るようになっている。
【００７５】
なお、ビューポート３０・３１は、成膜時のビューガラスの曇りを避けるため、その観測窓部を高温に昇温できるようになっていることが好ましい。
【００７６】
なお、上述した光源２１と光検出器２２との位置関係は一例に過ぎず、光源２１と光検出器２２とが半導体基板２に対して鏡面反射の位置関係になければ、本質的には同義となる。例えば、半導体基板２表面の法線方向に光源２１を配置し、上記法線方向から傾いた方向に光検出器２２を配置してもよいし、光源２１と光検出器２２とが共に上記法線方向から傾いた方向で互いに鏡面反射の関係にない位置に配置してもよい。
【００７７】
半導体基板２の温度測定時には、光源２１から半導体基板２及び基板ホルダ１２に向けて照射光が照射される。この照射光には白色光を用いることができ、光源２１を出た後、ビューポート３０を通ってチャンバー１０内に入り、半導体基板２及び基板ホルダ１２に照射される。また、この照射光は、半導体基板２及び基板ホルダ１２上において所定の大きさのスポットを形成するように、光源２１の備える光学系により集光されている。スポットの大きさは、半導体基板２の温度測定における位置分解能に影響を及ぼすので、できるだけ小さいことが好ましい。
【００７８】
半導体基板２に照射された照射光のうち、鏡面反射されなかった光の一部は、上記半導体基板内に進行し、上記半導体基板の基板内部側で散乱された後、上記半導体基板表面を再び通過し、様々な方向に進行する。半導体基板の裏面とは、上記半導体基板表面の逆の面であり、その基板内部側は、半導体基板内で最も面粗度が大きく散乱確率が大きい。
【００７９】
こうして半導体基板２内を通過する間に、当該半導体基板２を構成する半導体のバンドギャップに相当する波長以下の光はこの半導体内に吸収され、吸収されなかった波長成分の光のみが、上述のように、散乱光として半導体基板２の表面を通過し進行する。
【００８０】
この散乱光の一部は、ビューポート３１を通り、光検出器２２で検出される。この散乱光を、スペクトル分析器２４によって分析することにより、波長スペクトルを得ることができる。この波長スペクトルから、半導体基板２によって吸収された光の波長（吸収波長）に関する情報を得ることができ、その情報に基づいて半導体基板２を構成する半導体材料のバンドギャップの大きさを算出することができる。半導体材料のバンドギャップの大きさは当該半導体材料の温度に依存するので、当該半導体材料の温度により吸収波長が変化する。従って、吸収波長と温度との相関を予めコンピュータ２５内に記録しておき、この相関及び得られた吸収波長の値から、基板温度を算出することができる。
【００８１】
なお、上記吸収波長と温度との相関は、予め予備実験を行っておくことにより確認しておけばよい。上記予備実験では、半導体基板２の表面に熱電対を設置することにより半導体基板２の実際の温度を測定すればよい。
【００８２】
温度演算部２５ａは、このような演算を行うとともに、演算により得られた基板温度データをコンピュータ２５内の記憶部２５ｃに保存する。なお、記憶部２５ｃにおいて、上記基板温度データは、当該温度が測定された半導体基板２上の位置を示す基板位置データと対応付けて記憶されている。基板位置データに関しては後述する。
【００８３】
上述したように、ＭＢＥ装置１の基板温度測定装置は半導体基板２からの散乱光を利用し、半導体基板２のバンドギャップの大きさを求め、このバンドギャップの大きさから半導体基板２の温度を算出するものである。つまり、半導体基板２からの光の量に依存した測定方法ではない。従って、薄膜形成時の分子線セルからの輻射の影響を受けにくい。
【００８４】
また、コンピュータ２５上でソフトウェアによって黒体輻射を算出することによって、他光源の影響を減算することができる。これによって、光源２１からの照射光として、変調させることなく白色光を用いることができる。
【００８５】
また、記憶部２５ｃには、薄膜成長に最適な基板温度に関するデータ（目標データ）が記憶されており、温度制御部２５ｂは、以上のようにして測定された基板温度データが目標データに近づくように、上述したヒータ電源６１からヒータ６０への電流量を調節することにより温度の調節を行う。このようにしてヒータ６０の温度が調節され、半導体基板２の温度が最適に保たれる。
【００８６】
また、本実施の形態のＭＢＥ装置１は、上述したように、光源移動装置２３を備えている。光源移動装置２３は、半導体基板２に対する光源の向きを変えることによって、光の出射角度を変え、半導体基板２上の光の照射位置を移動させることができる。これによって、半導体基板２上の一点のみでなく、半導体基板２における任意の位置に対して光を照射することができる。
【００８７】
ここで、本基板温度測定装置では、光検出器２２により半導体基板２からの散乱光を検出して温度を算出するため、光源移動装置２３によって半導体基板２上の光の照射位置を変化させても、その変化に合わせて光検出器２２を移動させなくてもよい。なぜなら、本基板温度測定装置では、半導体基板２からの光の強度に基づくのではなく、半導体基板２による吸収波長に基づいて基板温度を算出するので、光検出器２２を移動させることによって検出される光の強度に変化が生じても、原理上、測定結果にはほとんど影響を及ぼさないからである。つまり、本基板温度測定装置では、光源２１を移動させ、かつ、光検出器２２を固定したままで、半導体基板２の温度分布を測定することができる。そのため、光検出器２２用の移動装置を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。
【００８８】
またＭＢＥ装置１は、マニピュレータ１１を回転させることによって半導体基板２の温度分布をより広範に測定することができる。このときの温度分布測定法について、図１及び図２に基づいて説明すると以下の通りである。図２は、マニピュレータを回転させることによって半導体基板２における温度分布を測定する方法を示すフローチャートである。
【００８９】
マニピュレータ１１は、既に述べたように、回転軸１３を中心に回転するようになっている。そして、回転軸１３にはフラグ１４が取り付けられており、このフラグ１４は切り欠き１５を備えている。図１に示すように、マニピュレータ１１の回転時にこの切り欠き１５が通過する位置には、位置センサー１８が設けられており、切り欠き１５が通過したことを認識できるようになっている。これにより、例えばこの切り欠き１５が位置センサー１８を通過する位置を回転位置の原点と定義した場合、原点位置を通過したという位置情報は位置センサー１８からコンピュータ２５の照射位置同定部２５ｄ（測定位置特定手段）に逐次送られ認識されるようになっている。
【００９０】
また、上記照射位置同定部２５ｄには、マニピュレータの回転速度を示す情報が回転装置１６から送られ、光源２１の振り角度を示す情報が光源移動装置２３から送られる。
【００９１】
以上の構成より、照射位置同定部２５ｄは、マニピュレータが原点位置を通過したという情報、マニピュレータの回転速度を示す情報、光源の振り角度を示す情報、及び基板ホルダ１２上での半導体基板２の配置から、光源２１からの照射光の照射位置がどの半導体基板２のどの位置にあるかを同定することが可能となる。そして、照射位置同定部２５ｄによって同定された照射位置は、基板位置データとして上述した基板温度データと対応付けて記憶部２５ｃに記憶される。
【００９２】
なお、以上に述べた回転情報の検出方法は一例に過ぎず、例えば回転装置１６にロータリーエンコーダを備えておき、このロータリーエンコーダによって回転情報の検出を行ってもよい。
【００９３】
図２のフローチャートに基づいて半導体基板２の温度を測定する際の処理の流れについて説明する。まず、光源移動装置２３によって、光源２１からのを照射光の照射位置を半導体基板２上の基準点に移動させ、その位置で光源２１を固定する（ステップＳ１）。本実施の形態の場合、基板ホルダ１２の外周側に配置された半導体基板２の外周部を上記基準点とするが、これに限らず、基板ホルダ１２上の任意の位置を基準点とすることができる。
【００９４】
次に、基板温度測定動作を行う（ステップＳ２〜Ｓ６）。まず、マニピュレータ１１を回転させ、切り欠き１５が位置センサー１８を通過した時点で温度測定を開始する（ステップＳ２、Ｓ３）。この温度測定は、光源２１を固定し、かつマニピュレータ１１を回転させた状態で続行される。そして、切り欠き１５が再び位置センサー１８で認識されると、温度測定が停止される（ステップＳ４、Ｓ５）。これにより、基板ホルダ１２の円周方向に沿って、半導体基板２の温度を測定したことになる。
【００９５】
このようにして、基板ホルダ１２上の、回転軸１３を中心とした円周部分の温度が測定される。この測定により温度演算部２５ａによって算出された基板温度データは、照射位置同定部２５ｄによって同定された対応する基板位置データとともにコンピュータ２５の記憶部２５ｃに保存される（ステップＳ６）。なお、保存される基板温度データは、必ずしも基板温度そのものを示すデータである必要はなく、基板温度に換算可能な値であればよい。例えば、スペクトル分析器２４からの出力電圧値を示すデータであってもよい。
【００９６】
このようにマニピュレータ１１を回転させつつ温度測定を行うと、半導体基板２が存在しない部分では、基板ホルダ１２に照射光が照射される。この部分、つまり、半導体基板２間の間隙は、温度演算部２５ａでは基板温度データが算出されず、基板温度データの欠落として記録される。これは、本温度測定装置が、半導体基板２を構成する半導体材料のバンドギャップを利用して温度測定を行っているためである。基板ホルダ１２の材質は、通常モリブデン等の金属材料であって、半導体材料ではない。従って、本温度測定装置では温度を測定することができず、基板温度データの欠落となる。言い換えると、本温度測定装置は、このようにして半導体基板２間の間隙を認識することができるので、基板ホルダ１２上の各半導体基板２を識別できることになる。
【００９７】
以上のようにステップＳ２〜Ｓ６に示す基板温度測定動作を終えると、最終照射位置における測定が終了したか否かが判別され（ステップＳ７）、未だ終了していない場合には、次に光源２１の光源移動装置２３によって、照射光の照射位置が移動される（ステップＳ９）。このとき、照射光の照射位置は、基板ホルダの径方向に、予め設定された距離だけ移動される。本実施の形態では、測定開始点が基板ホルダ１２上の外側に設定されているので、照射光の照射位置は基板ホルダ１２の中心側に、一定の距離だけ移動される。こうして照射位置を決定したら、その位置から再び上記ステップＳ１からの動作を行う。
【００９８】
このように、ステップＳ２〜Ｓ６の動作を繰り返し、基板ホルダ１２上の回転軸１３を中心とした同心円について温度測定を行い、基板ホルダ１２上の半導体基板２全面の温度測定を行う。
【００９９】
このようにして基板ホルダ１２上の半導体基板２の全面について温度を測定し終えたら（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、コンピュータ２５は、円周毎の測定結果を同心円上の温度分布として整理することにより各半導体基板２での温度分布を算出し、図示しない表示装置に温度分布を視覚的に表示する（ステップＳ８）。視覚的な表示としては、例えば図５に示すような表示を行えばよい。
【０１００】
また、照射光の照射位置を移動させるには、図１に基づいて説明したように、光源２１の向きを変える他に、図３に示すように、光源２１とビューポート３０との間に回転ミラー４０を設けておき、この回転ミラー４０の角度をミラー回転装置４１により変更することによって半導体基板２に照射される照射光の位置を変化させてもよい。なお、図３では、図１に示した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。この構成では、回転ミラー４０によって、光源２１から出射された光を反射し、その反射光を半導体基板２に照射するようになっている。この回転ミラー４０を回転させることによって、反射光の半導体基板２上での照射位置を移動させることができる。
【０１０１】
本実施の形態では、光の照射位置は、基板ホルダ１２の外周側から中心に向けて移動させるものとしたが、これに限ったものではなく、基板ホルダ１２の中心側から外周側に向けて移動させてもよい。また、本実施の形態では温度測定中は光の照射位置を固定し、マニピュレータ１１のみを回転させるものとしたが、これに限らず、照射位置を移動させながら同時にマニピュレータ１１を回転させ、基板ホルダ１２の中心から外側に広がる渦巻状に測定してもよい。
【０１０２】
また、半導体基板２の温度を調節するヒータ６０としては、図４に示すような分割ヒータで構成されたヒータ６０を用いることが好ましい。図４は、上記マニピュレータ１１に設けられたヒータ６０の構造の概略を示す平面図である。
【０１０３】
図４に示すように、ヒータ６０は、マニピュレータ１１の半導体基板２が搭載される面において、同心円状の分割ヒータ６０ａ〜６０ｇがマニピュレータ１１の中心から外側に向けて順に配置されることによって構成されている。
【０１０４】
分割ヒータ６０ａ〜６０ｇは、別々にその温度を調節することが可能になっている。従って、上述の温度測定装置によって測定された半導体基板２の温度分布の結果から、設定温度よりも低い部分があった場合、その部分に該当する分割ヒータのみの温度を上げて、その部分の温度を調節することが可能である。また、温度が高過ぎる部分がある場合には、逆に、その部分の分割ヒータの温度を下げることによって、最適な温度を保つことができる。
【０１０５】
なお、ヒータ６０は、図４に示した構成の他に、同心円の分割に加えて、更に径方向に分割されていてもよい。
【０１０６】
また、基板温度分布の測定結果により、基板過熱用のヒータの形状を改造し、より均一な基板温度分布を得ることも可能である。
【０１０７】
例えば、基板ホルダの基板を搭載する面を内側から順に、中心部、中間部、及び周辺部の３つの領域に大きく分けたとき、基板温度分布の測定結果から、中心部と周辺部の温度が低く、中間部の温度が高くなっていたとする。その場合、基板加熱用のヒータは、図４に示すような同心円状の分割ヒータ６０ａ〜ｇを備えるヒータ６０を用いればよい。そして、分割ヒータａ・ｂ・ｆ・ｇの温度を上昇させ、分割ヒータｃ〜ｅの温度を下げれば、温度分布をより均一に調節することができる。
【０１０８】
また、基板間で温度の差がある場合は、マニピュレータ上の基板の搭載位置（図４に点線で示す）に沿った形状の分割ヒータを設け、これら分割ヒータを別々に温度調節すればよい。
【０１０９】
本実施の形態では、上述したように、温度制御部２５ｂ（図１参照）によってヒータ６０に供給する電流量を調節することにより半導体基板２の温度を調節する。このとき、測定された温度分布に比例するようにして上記電流量を調節してもよく、温度分布に対して補正を施した値に比例するようにして上記電流量を調節してもよい。補正を施す場合には、温度分布と電流量との相関を示すデータベースをコンピュータ２５内に備えておき、これを利用するようにすればよい。
【０１１０】
本実施の形態のＭＢＥ装置１を用いて実際に半導体基板２の温度を測定した結果を図５に示す。
【０１１１】
実際の測定では、半導体基板２として直径３インチのガリウム砒素基板を用い、マニピュレータ１１の回転速度は結晶成長条件である３０ｒｐｍ（１分間に３０回転）とし、設定基板温度は４５４℃とした。
【０１１２】
図５に示すように、基板の温度分布を、すべてのピクセル（測定領域）で４５３.１〜４５５.０℃の範囲にすることができた。また、その内、周辺部に位置する２ピクセルのみが４５３.１〜４５４.０℃の範囲であった。このように、本実施の形態の温度測定装置及びＭＢＥ装置を用いることで、非常に均一な温度分布とすることができた。その結果、全ての半導体基板２において全ての素子特性のバラツキが極めて減少した。
【０１１３】
次に、図１に示すＭＢＥ装置１を用いた半導体デバイスの製造方法の一例を図６に基づいて説明する。図６は、ＭＢＥ装置１を用いた半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。この製造方法では、半導体基板２の表面に半導体薄膜材料の結晶をエピタキシャル成長させる。ＭＢＥ装置１のコンピュータ２５には、予め、薄膜形成に最適な半導体基板２の温度（目標温度）、及び目標温度に対して許容できる温度分布の範囲（許容範囲）が設定されているものとする。
【０１１４】
まず、半導体基板２を搭載した基板ホルダ１２をマニピュレータ１１にセットし、ヒータ６０によって半導体基板２を熱する（ステップＳ１１）。半導体基板２の温度が目標温度に上昇するのに必要とされる所定の時間が経過した後、上述したように、半導体基板２の温度分布を測定する（ステップＳ１２）。
【０１１５】
ここで、半導体基板２の温度分布が目標温度に対する許容範囲に入っておれば（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の薄膜成長工程に進む。すなわち、図示しないセルシャッター又は基板シャッターを開放することにより、半導体基板２上への薄膜成長を開始する（ステップＳ１５）。
【０１１６】
一方、半導体基板２の温度分布が目標温度に対する許容範囲から外れておれば（ステップＳ１３、Ｎｏ）、上述したようにヒータ６０への出力電流を制御することにより、半導体基板２の温度分布が上記許容範囲に入るように調節する（ステップＳ１４、）。そして再びステップＳ１２からの処理を繰り返すことにより、最終的に半導体基板２の温度分布が上記許容範囲に入るように設定する。
【０１１７】
ステップＳ１５の薄膜成長工程中、又は薄膜成長工程を終えた後、再び基板の温度を測定する（ステップＳ１６）。その結果、半導体基板２の温度分布が目標温度に対する許容範囲に入っており（ステップＳ１７、Ｙｅｓ）、さらに薄膜を成長させる必要がなければ（ステップＳ１８、Ｎｏ）、薄膜成長を終了し、製造された半導体デバイスをチャンバー１０内から搬出する。一方、更に薄膜を成長させる場合は（ステップＳ１９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の薄膜成長工程を続行する、又は次の薄膜層を成長させる工程を行う。
【０１１８】
また、ステップＳ１７において半導体基板２の温度分布が目標温度に対する許容範囲から外れている場合は、Ｓ１４と同様にヒータ６０への出力電流を制御することにより、半導体基板２の温度分布が上記許容範囲に入るように調節し（ステップＳ１８）、成膜成長工程中は絶えず許容範囲の基板温度にすることができる。
【０１１９】
本発明に係る半導体デバイスの作成方法としては、図６に示したものに限らず、薄膜成長工程中に温度測定を行い、ヒータ温度を調節するものであってもよい。
【０１２０】
本発明の温度測定装置は、チャンバー１０内に照射光及び散乱光を導くために光ファイバー等の光路体を用いる必要がない、すなわち、チャンバー１０内に分子線を遮る部材を設ける必要がないため、薄膜形成中に半導体基板２の温度を測定することが可能である。
【０１２１】
また、ＭＢＥ装置１では、薄膜を形成する前の半導体基板２に加え、薄膜を形成中の半導体基板２、及び薄膜形成後の半導体基板２についても、その温度を測定することができる。
【０１２２】
これは、薄膜を形成中、又は薄膜を形成後の半導体基板２に照射された光の一部が、薄膜を通過して半導体基板内部に進行し、上述したように半導体基板２裏面で散乱されるので、その散乱光を上記光検出器２２で検出することによって、上述したように半導体基板の温度を測定することができるからである。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明の温度測定装置は、光照射手段と光検出手段との複雑な位置合わせなしに、基板の温度分布を測定でき、しかも、分子線セル等の輻射の影響を受け難いために、結晶成長中であっても正確な温度測定も可能であるという格別の効果を有するものである。従って、半導体デバイス製造装置の基板温度測定装置として好適に用いることができる。また、この温度測定装置を備えた半導体デバイス製造装置は、良質で、かつ品質のバラツキの小さい半導体デバイスを製造することができるため、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の実施の形態に係るＭＢＥ装置、及びその温度測定機構を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る温度測定方法を示すフロ−チャートである。
【図３】本発明の他の実施の形態に係るＭＢＥ装置、及びその温度測定機構を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態に係るヒータの構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る基板温度測定装置を用いた基板温度測定の結果を示す図面である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。
【図７】従来のＭＢＥ装置及びその温度測定機構を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１      ＭＢＥ装置（半導体デバイス製造装置）
２      半導体基板
１０      チャンバー
１１      マニピュレータ
１２      基板ホルダ
１３      回転軸
１４      フラグ
１６      回転装置（基板移動手段）
１８      位置センサー
２１      光源（光照射手段）
２２      光検出器（光検出手段）
２３      光源移動装置（光移動手段）
２４      スペクトル分析器（スペクトル分析手段）
２５      コンピュータ
２５ａ    温度演算部（温度算出手段）
２５ｂ    温度制御部（制御手段）
２５ｃ    記憶部
２５ｄ    照射位置同定部（測定位置特定手段）
４０      回転ミラー（光移動手段）
４１      ミラー回転装置
６０      ヒータ（温度調節手段）
【図１】
2006189261.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006189261.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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